Malá encyklopedie televizní techniky „3“ - přenos pohyblivého obrazu v reálném čase

Dnešní díl seriálu bude věnovaný technologii přenosu pohyblivého televizního obrazu v reálném čase. Především pojem „reálný čas“ je v televizní technice velmi důležitý, a odlišuje technologii televizní od filmové. Televize vychází totiž ze stejného principu jako film. Tím principem je nahrazení plynule pohybujícího se obrazu rychlým sledem nepohyblivých obrázků, a jejich spojení v plynulý pohyb vlivem nedokonalosti lidského zraku. V tomto jsou si obě technologie velmi blízké.

Základní rozdíl je právě v tom, že film ukládá celé jednotlivé obrázky na filmový pás, zatím co televize musí snímat zobrazovanou scénu po jednotlivých obrazových bodech, tyto body měnit na elektrický signál, následně jej přenést k divákovi, a s minimálním časovým zpožděním tuto scénu opět zobrazit na obrazovce televizoru.

Již v úvodu celého seriálu jsem zmínil pojem: „rozklad obrazu.“ Prvním mechanismem pro rozklad obrazu na jednotlivé body byl Nipkowovův kotouč. V dnešní době se televizní obraz rozkládá (snímá) pomocí prvků CCD. Výsledek rozkladu je ale stejný. Jen počet obrazových bodů se za těch více než 100 roků zmnohonásobil.

V souvislosti s rozkladem televizního obrazu se proto v televizní technice používají pojmy jako: „rozkladové obvody“ , „vertikální (snímkový) rozklad“ a „horizontální (řádkový) rozklad.“ Tyto obvody právě zajišťují „rozebrání“ , a následné složení televizního obrazu. Podrobný popis celého mechanismu snímání obrazu svým rozsahem překračuje možnosti tohoto článku, i celého seriálu. Pro jednoduchost je ale možné si celý proces představit tak, že snímaný obraz je rozdělen na 625 řádků, a každý řádek na 833 bodů.

Jeden televizní obrázek je tak tvořený 625x833=520625 jasovými body. V případě barevné televize je každý jasový bod rozdělený na tři barevné body. Reálný televizní snímek je ovšem tvořený jen 576 řádky, kdy každý řádek obsahuje 767 jasových bodů. Ostatní části obrazu jsou „zatemněné“, a obsahují informace o synchronizaci. Takovýchto snímků je nutné přenést 25 za jednu sekundu. V reálu je tedy nutné každou sekundu přenést celkem 625x833x25=13 015 625 obrazových bodů. Vzhledem k tomu, že část obrazového signálu je zatemněna, postačí přenést cca 12milionů bodů. Pro takovýto přenos je nutný 6MHz široký přenosový kanál. Skutečný televizní obraz se ale přenáší ještě trochu jinak.

Aby se omezilo blikání obrazu vlivem nízkého snímkového kmitočtu, je každý snímek rozdělen na dva půlsnímky. Nepřenáší se tedy 25 snímků, ale 50 půlsnímků, kdy jeden půlsnímek obsahuje sudé řádky, a druhý půlsnímek liché řádky obrazu. Takovémuto zobrazování se říká prokládané (interlaced). V dnešní době se již začíná používat neprokládané řádkování (progressive scan), kdy je přenášeno 50 úplných snímků. Takovýto přenos se označuje HDTV – televize s vysokým rozlišením. Grafické znázornění prokládaného řádkování je vidět na obr.1



Obr. 1 - Grafické znázornění prokládaného řádkování

Pro přenos černobílého obrazu je tedy nutný 6MHz široký kanál. Zvukový doprovod obrazu se do televizního kanálu přidává 0,5MHz nad horní konec obrazového spektra. Zatím co obraz je v kanálu modulován amplitudově (AM), zvukový doprovod je modulován frekvenčně (FM). Šířka spektra zvukového doprovodu je kolem 300kHz.

Vzhledem k tomu, že obraz je přenášený amplitudovou modulací s potlačeným dolním postranním pásmem (SSB), které částečně zasahuje do spektra pod televizním kanálem, byl jeden televizní kanál definován šířkou 8MHz. Grafické znázornění dvou po sobě následujících televizních kanálů je vidět na obr.2 Horní část obrázku znázorňuje kanály v normě DK (zvuk 6,5MHz), v dolní části obrázku jsou kanály v normě BG (zvuk 5,5MHz.)



Obr. 2 - Grafické znázornění dvou po sobě následujících televizních kanálů - Horní část obrázku znázorňuje kanály v normě DK (zvuk 6,5MHz), v dolní části obrázku jsou kanály v normě BG (zvuk 5,5MHz.)

Výše uvedený popis televizního přenosu platí pro vysílání v ČR. Ve světě se používá několik odlišných přenosových formátů. Západní Evropa používá šířku obrazového kanálu jen 5MHz, a nosnou frekvenci zvuku posunula na 5,5MHz. Z tohoto důvodu bylo možné zmenšit šířku televizního kanálu na 7MHz. Japonsko a USA pro změnu nepoužívají 50 půlsnímků, ale 60, a na místo 625 řádků jen 525. Po celém světě tak existuje několik různých variant televizního vysílání. Ve svém principu jsou ovšem všechny stejné.

Až doposud jsem se věnoval černobílému televiznímu přenosu. Přenos barevného signálu je ovšem velmi podobný. Do celého televizního řetězce je nutné dodat informaci o barvě a jasu každého obrazového bodu. Tyto informace je ovšem nutné do televizního kanálu umístit tak, aby zůstal zachován původní černobílý přenos. Tomu se říká slučitelnost s černobílým vysíláním. Při přechodu na barevné vysílání tak nebylo nutné pořizovat si nové přijímače.

Barevné vysílání tedy neznemožnilo původní černobílý přenos. V praxi se nepřenáší barevná informace o každém obrazovém bodu, ale jen asi o čtvrtině. Pro přenos barevné informace to postačuje. Určitým problémem bylo umístění této barevné informace do spektra černobílého obrazu. Výsledné řešení je velmi chytré. Černobílé i barevné spektrum obrazu má tvar podobný hřebeni, kde každý řádek tvoří jeden zub tohoto hřebene. Vhodnou modulací barevného spektra tak bylo možné „zasunout“ oba hřebeny do sebe tak, aby se navzájem téměř neovlivňovaly. Z tohoto důvodu je také možné se v televizní technice setkat s pojmem: „hřebenový filtr.“ Umístění barvonosné informace do jasového spektra obrazu je patrné z obr.3



Obr. 3 - Grafické znázornění umístění barvonosné informace do jasového spektra obrazu

Při vývoji barevné televize vznikly celkem tři metody kódování barevné informace do televizního přenosu. První metodou byla prostá kvadraturní amplitudová modulace, která se začala používat v USA. Vznikla tak barevná soustava NTSC. Druhou metodou byla fázová modulace, která dala vzniknout soustavě SECAM. Jako poslední přišla na svět soustava PAL. Ta je ve své podstatě zdokonalenou soustavou NTSC! Barevná soustava NTSC má ještě dvě různé verze. Ta původní je pro USA a Japonsko, ta druhá je pro Evropu. Rozdíl v obou verzích je ve frekvenci barvonosného kmitočtu ( 3,6MHz pro USA, a 4,43MHz pro Evropu.) Je proto možné se setkat s označením : „NTSC 3,6“ nebo s „NTSC 4,43.“

Jak jsem již uvedl v úvodu, existuje i několik variant umístění zvukového doprovodu. Toto umístění je specifikováno zvukovou normou. Mezinosná frekvence zvuku 5,5MHz je označována jako BG. Mezinosná 6,5MHz pak DK. Existují ovšem i další, méně obvyklé varianty. V ČR se tedy používá PAL 625 DK. Na Slovensku se dnes používá PAL 625 BG.

Všechny tyto varianty televizního přenosu mají ale jednu velkou nevýhodu, jejich možnosti dalšího rozvoje jsou vyčerpané. Přenos stereofonního zvuku, teletext a VPS jsou poslední třešničky na dortu analogového televizního vysílání. Televizní přenos s vysokým rozlišením, formát obrazu 16:9, EPG, vícekanálový zvuk, a další vymoženosti, tak to už je počátek digitálního vysílání. Nároky na kvalitu televizního obrazu i zvuku se neustále zvyšují. Možnosti televizní techniky i její kvalita se neustále posouvají kupředu. Je tedy nutné najít nový způsob přenosu televizního signálu. Tímto novým způsobem je „digitální televize.“

Digitální televizi (DVB) bude věnovaný příští díl seriálu, který najdete na tomto místě v pondělí 29. října. Obrázky použité v dnešním díle seriálu jsou převzaté z knihy: „Televizní technika“ autorů V. Víta a kol.